La termodinámica es una rama de la física que se ocupa del calor , el trabajo y la temperatura , y su relación con la energía , la entropía y las propiedades físicas de la materia y la radiación . El comportamiento de estas cantidades se rige por las cuatro leyes de la termodinámica que transmiten una descripción cuantitativa utilizando cantidades físicas macroscópicas mensurables , pero pueden explicarse en términos de constituyentes microscópicos mediante la mecánica estadística . La termodinámica se aplica a una amplia variedad de temas en ciencia e ingeniería , especialmente química física , bioquímica , ingeniería química e ingeniería mecánica , pero también en otros campos complejos como la meteorología .
Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir del deseo de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor , particularmente a través del trabajo del físico francés Sadi Carnot (1824), quien creía que la eficiencia de las máquinas era la clave que podría ayudar a Francia a ganar las guerras napoleónicas . [1] El físico escocés-irlandés Lord Kelvin fue el primero en formular una definición concisa de termodinámica en 1854 [2] que decía: "La termodinámica es el tema de la relación entre el calor y las fuerzas que actúan entre partes contiguas de los cuerpos, y las relación del calor con la agencia eléctrica." El físico y matemático alemán Rudolf Clausius reformuló el principio de Carnot conocido como ciclo de Carnot y dio a la teoría del calor una base más verdadera y sólida. Su artículo más importante, "Sobre la fuerza móvil del calor", [3] publicado en 1850, estableció por primera vez la segunda ley de la termodinámica . En 1865 introdujo el concepto de entropía. En 1870 introdujo el teorema del virial , que se aplicaba al calor. [4]
La aplicación inicial de la termodinámica a los motores térmicos mecánicos se extendió rápidamente al estudio de compuestos químicos y reacciones químicas. La termodinámica química estudia la naturaleza del papel de la entropía en el proceso de reacciones químicas y ha proporcionado la mayor parte de la expansión y el conocimiento en este campo. Surgieron otras formulaciones de la termodinámica. La termodinámica estadística , o mecánica estadística, se ocupa de las predicciones estadísticas del movimiento colectivo de partículas a partir de su comportamiento microscópico. En 1909, Constantin Carathéodory presentó un enfoque puramente matemático en una formulación axiomática , una descripción a menudo denominada termodinámica geométrica .
Una descripción de cualquier sistema termodinámico emplea las cuatro leyes de la termodinámica que forman una base axiomática. La primera ley especifica que la energía puede transferirse entre sistemas físicos como calor , como trabajo y con transferencia de materia. [5] La segunda ley define la existencia de una cantidad llamada entropía , que describe la dirección, termodinámicamente, en que un sistema puede evolucionar y cuantifica el estado de orden de un sistema y que puede usarse para cuantificar el trabajo útil que se puede extraer. del sistema. [6]
En termodinámica, se estudian y categorizan las interacciones entre grandes conjuntos de objetos. Para ello son fundamentales los conceptos del sistema termodinámico y su entorno . Un sistema está compuesto de partículas, cuyos movimientos promedio definen sus propiedades, y esas propiedades a su vez están relacionadas entre sí mediante ecuaciones de estado . Las propiedades se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos , que son útiles para determinar las condiciones de equilibrio y procesos espontáneos .
Con estas herramientas, la termodinámica se puede utilizar para describir cómo responden los sistemas a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería , como motores , transiciones de fase , reacciones químicas , fenómenos de transporte e incluso agujeros negros . Los resultados de la termodinámica son esenciales para otros campos de la física y para la química , la ingeniería química , la ingeniería de la corrosión , la ingeniería aeroespacial , la ingeniería mecánica , la biología celular , la ingeniería biomédica , la ciencia de los materiales y la economía , por nombrar algunos. [7] [8]
Este artículo se centra principalmente en la termodinámica clásica, que estudia principalmente sistemas en equilibrio termodinámico . La termodinámica de desequilibrio a menudo se trata como una extensión del tratamiento clásico, pero la mecánica estadística ha aportado muchos avances a ese campo.
La historia de la termodinámica como disciplina científica generalmente comienza con Otto von Guericke quien, en 1650, construyó y diseñó la primera bomba de vacío del mundo y demostró el vacío utilizando sus hemisferios de Magdeburgo . Guericke se vio obligado a crear un vacío para refutar la suposición largamente sostenida por Aristóteles de que "la naturaleza aborrece el vacío". Poco después de Guericke, el físico y químico angloirlandés Robert Boyle se enteró de los diseños de Guericke y, en 1656, en coordinación con el científico inglés Robert Hooke , construyó una bomba de aire. [10] Usando esta bomba, Boyle y Hooke notaron una correlación entre presión , temperatura y volumen . Con el tiempo se formuló la Ley de Boyle , que establece que la presión y el volumen son inversamente proporcionales . Luego, en 1679, basándose en estos conceptos, un asociado de Boyle llamado Denis Papin construyó un digestor de vapor , que era un recipiente cerrado con una tapa hermética que confinaba el vapor hasta que se generaba una alta presión.
Los diseños posteriores implementaron una válvula de liberación de vapor que evitaba que la máquina explotara. Al observar cómo la válvula se movía rítmicamente hacia arriba y hacia abajo, Papin concibió la idea de un motor de pistón y cilindro. Sin embargo, no cumplió con su diseño. Sin embargo, en 1697, basándose en los diseños de Papin, el ingeniero Thomas Savery construyó el primer motor, seguido por Thomas Newcomen en 1712. Aunque estos primeros motores eran toscos e ineficientes, atrajeron la atención de los principales científicos de la época.
Los conceptos fundamentales de capacidad calorífica y calor latente , que fueron necesarios para el desarrollo de la termodinámica, fueron desarrollados por el profesor Joseph Black en la Universidad de Glasgow, donde James Watt trabajaba como fabricante de instrumentos. Black y Watt realizaron experimentos juntos, pero fue Watt quien concibió la idea del condensador externo que resultó en un gran aumento en la eficiencia de la máquina de vapor . [11] Basándose en todos los trabajos anteriores , Sadi Carnot , el "padre de la termodinámica", publicó Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego (1824), un discurso sobre el calor, la potencia, la energía y la eficiencia de los motores. El libro describe las relaciones energéticas básicas entre la máquina de Carnot , el ciclo de Carnot y la fuerza motriz. Marcó el inicio de la termodinámica como ciencia moderna. [12]
El primer libro de texto de termodinámica fue escrito en 1859 por William Rankine , originalmente formado como físico y profesor de ingeniería civil y mecánica en la Universidad de Glasgow . [13] La primera y la segunda ley de la termodinámica surgieron simultáneamente en la década de 1850, principalmente a partir de los trabajos de William Rankine, Rudolf Clausius y William Thomson (Lord Kelvin). Los fundamentos de la termodinámica estadística fueron establecidos por físicos como James Clerk Maxwell , Ludwig Boltzmann , Max Planck , Rudolf Clausius y J. Willard Gibbs .
Clausius, quien expuso por primera vez las ideas básicas de la segunda ley en su artículo "Sobre la fuerza móvil del calor", [3] publicado en 1850, y es llamado "uno de los padres fundadores de la termodinámica", [14] introdujo el concepto. de entropía en 1865.
Durante los años 1873-1876, el físico matemático estadounidense Josiah Willard Gibbs publicó una serie de tres artículos, siendo el más famoso Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas , [15] en el que mostraba cómo los procesos termodinámicos , incluidas las reacciones químicas , podían analizarse gráficamente. , al estudiar la energía , la entropía , el volumen , la temperatura y la presión del sistema termodinámico de tal manera, se puede determinar si un proceso ocurriría espontáneamente. [16] También Pierre Duhem en el siglo XIX escribió sobre termodinámica química. [17] Durante principios del siglo XX, químicos como Gilbert N. Lewis , Merle Randall , [18] y EA Guggenheim [19] [20] aplicaron los métodos matemáticos de Gibbs al análisis de procesos químicos.
La termodinámica tiene una etimología intrincada. [21]
Mediante un análisis superficial, la palabra consta de dos partes que se remontan al griego antiguo. En primer lugar, termo- ("de calor"; usado en palabras como termómetro ) se remonta a la raíz θέρμη therme , que significa "calor". En segundo lugar, la palabra dinámica ("ciencia de la fuerza [o poder]") [22] se remonta a la raíz δύναμις dynamis , que significa "poder". [23]
En 1849, William Thomson utiliza el adjetivo termodinámico . [24] [25]
En 1854, Thomson y William Rankine utilizaron el sustantivo termodinámica para representar la ciencia de las máquinas térmicas generalizadas. [25] [21]
Pierre Perrot afirma que el término termodinámica fue acuñado por James Joule en 1858 para designar la ciencia de las relaciones entre calor y potencia, [12] sin embargo, Joule nunca utilizó ese término, sino que utilizó en su lugar el término motor termodinámico perfecto en referencia al modelo de Thomson. 1849 [24] fraseología. [21]
El estudio de los sistemas termodinámicos se ha desarrollado en varias ramas relacionadas, cada una de las cuales utiliza un modelo fundamental diferente como base teórica o experimental, o aplica los principios a distintos tipos de sistemas.
La termodinámica clásica es la descripción de los estados de sistemas termodinámicos cercanos al equilibrio, que utiliza propiedades macroscópicas y medibles. Se utiliza para modelar intercambios de energía, trabajo y calor basándose en las leyes de la termodinámica . El calificativo clásico refleja el hecho de que representa el primer nivel de comprensión del tema tal como se desarrolló en el siglo XIX y describe los cambios de un sistema en términos de parámetros empíricos macroscópicos (a gran escala y mensurables). Posteriormente, el desarrollo de la mecánica estadística proporcionó una interpretación microscópica de estos conceptos .
La mecánica estadística , también conocida como termodinámica estadística, surgió con el desarrollo de las teorías atómicas y moleculares a finales del siglo XIX y principios del XX, y complementó la termodinámica clásica con una interpretación de las interacciones microscópicas entre partículas individuales o estados mecánico-cuánticos. Este campo relaciona las propiedades microscópicas de átomos y moléculas individuales con las propiedades macroscópicas en masa de los materiales que se pueden observar a escala humana, explicando así la termodinámica clásica como un resultado natural de la estadística, la mecánica clásica y la teoría cuántica a nivel microscópico.
La termodinámica química es el estudio de la interrelación de la energía con reacciones químicas o con un cambio físico de estado dentro de los límites de las leyes de la termodinámica . El objetivo principal de la termodinámica química es determinar la espontaneidad de una transformación determinada. [26]
La termodinámica de equilibrio es el estudio de las transferencias de materia y energía en sistemas o cuerpos que, por agentes de su entorno, pueden pasar de un estado de equilibrio termodinámico a otro. El término "equilibrio termodinámico" indica un estado de equilibrio en el que todos los flujos macroscópicos son cero; en el caso de los sistemas o cuerpos más simples, sus propiedades intensivas son homogéneas y sus presiones son perpendiculares a sus límites. En un estado de equilibrio no hay potenciales o fuerzas impulsoras desequilibradas entre partes macroscópicamente distintas del sistema. Un objetivo central en la termodinámica de equilibrio es: dado un sistema en un estado de equilibrio inicial bien definido, dado su entorno y dadas sus paredes constitutivas, calcular cuál será el estado de equilibrio final del sistema después de que una operación termodinámica específica haya cambiado. sus paredes o alrededores.
La termodinámica de no equilibrio es una rama de la termodinámica que se ocupa de sistemas que no se encuentran en equilibrio termodinámico . La mayoría de los sistemas que se encuentran en la naturaleza no están en equilibrio termodinámico porque no se encuentran en estados estacionarios y están sujetos continua y discontinuamente a un flujo de materia y energía hacia y desde otros sistemas. El estudio termodinámico de sistemas de no equilibrio requiere conceptos más generales que los que aborda la termodinámica de equilibrio. [27] Muchos sistemas naturales aún hoy permanecen fuera del alcance de los métodos termodinámicos macroscópicos actualmente conocidos.
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La termodinámica se basa principalmente en un conjunto de cuatro leyes que son universalmente válidas cuando se aplican a sistemas que caen dentro de las limitaciones implícitas en cada una. En las diversas descripciones teóricas de la termodinámica estas leyes pueden expresarse en formas aparentemente diferentes, pero las formulaciones más destacadas son las siguientes.
La ley cero de la termodinámica establece: si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, también están en equilibrio térmico entre sí.
Esta afirmación implica que el equilibrio térmico es una relación de equivalencia en el conjunto de sistemas termodinámicos considerados. Se dice que los sistemas están en equilibrio si los pequeños intercambios aleatorios entre ellos (por ejemplo, el movimiento browniano ) no conducen a un cambio neto de energía. Esta ley se asume tácitamente en toda medición de temperatura. Por lo tanto, si uno busca decidir si dos cuerpos están a la misma temperatura , no es necesario ponerlos en contacto y medir cualquier cambio en sus propiedades observables en el tiempo. [28] La ley proporciona una definición empírica de temperatura y una justificación para la construcción de termómetros prácticos.
Inicialmente, la ley cero no fue reconocida como una ley separada de la termodinámica, ya que su base en el equilibrio termodinámico estaba implícita en las otras leyes. La primera, segunda y tercera leyes ya se habían establecido explícitamente y encontraron una aceptación común en la comunidad física antes de que se comprendiera la importancia de la ley cero para la definición de temperatura. Como no era práctico renumerar las demás leyes, se la denominó ley cero .
La primera ley de la termodinámica establece: En un proceso sin transferencia de materia, el cambio de energía interna de un sistema termodinámico es igual a la energía ganada en forma de calor menos el trabajo termodinámico realizado por el sistema en sus alrededores. [32] [nota 1]
donde denota el cambio en la energía interna de un sistema cerrado (para el cual es posible el calor o el trabajo a través de los límites del sistema, pero no es posible la transferencia de materia), denota la cantidad de energía suministrada al sistema como calor y denota la cantidad de Trabajo termodinámico realizado por el sistema sobre sus alrededores. Una afirmación equivalente es que las máquinas de movimiento perpetuo del primer tipo son imposibles; El trabajo realizado por un sistema en su entorno requiere que la energía interna del sistema disminuya o se consuma, de modo que la cantidad de energía interna perdida por ese trabajo debe resumirse como calor mediante una fuente de energía externa o como trabajo mediante una máquina externa que actúa sobre el entorno. sistema (para que se recupere) para que el sistema funcione continuamente.
Para procesos que incluyen transferencia de materia, se necesita una declaración adicional: Teniendo debidamente en cuenta los respectivos estados fiduciales de referencia de los sistemas, cuando dos sistemas, que pueden tener diferentes composiciones químicas, inicialmente separados sólo por una pared impermeable y, por lo demás, aislados , se combinan en un nuevo sistema mediante la operación termodinámica de eliminación de la pared, luego
donde U 0 denota la energía interna del sistema combinado, y U 1 y U 2 denotan las energías internas de los respectivos sistemas separados.
Adaptada a la termodinámica, esta ley es una expresión del principio de conservación de la energía , que establece que la energía se puede transformar (cambiar de una forma a otra), pero no se puede crear ni destruir. [33]
La energía interna es una propiedad principal del estado termodinámico , mientras que el calor y el trabajo son modos de transferencia de energía mediante los cuales un proceso puede cambiar este estado. Un cambio de energía interna de un sistema se puede lograr mediante cualquier combinación de calor agregado o eliminado y trabajo realizado en o por el sistema. En función del estado , la energía interna no depende de la manera o del camino a través de pasos intermedios por el cual el sistema llegó a su estado.
Una versión tradicional de la segunda ley de la termodinámica dice: El calor no fluye espontáneamente de un cuerpo más frío a un cuerpo más caliente.
La segunda ley se refiere a un sistema de materia y radiación, inicialmente con faltas de homogeneidad en temperatura, presión, potencial químico y otras propiedades intensivas , que se deben a "restricciones" internas, o paredes rígidas impermeables, dentro de él, o a fuerzas impuestas externamente. . La ley observa que, cuando el sistema está aislado del mundo exterior y de esas fuerzas, hay una cantidad termodinámica definida, su entropía, que aumenta a medida que se eliminan las restricciones, alcanzando eventualmente un valor máximo en el equilibrio termodinámico, cuando las inhomogeneidades prácticamente desaparecer. Para los sistemas que inicialmente están lejos del equilibrio termodinámico, aunque se han propuesto varios, no se conoce ningún principio físico general que determine las velocidades de aproximación al equilibrio termodinámico, y la termodinámica no se ocupa de dichas velocidades. Todas las muchas versiones de la segunda ley expresan la irreversibilidad general de las transiciones involucradas en sistemas que se acercan al equilibrio termodinámico.
En termodinámica macroscópica, la segunda ley es una observación básica aplicable a cualquier proceso termodinámico real; En termodinámica estadística, se postula que la segunda ley es una consecuencia del caos molecular.
La tercera ley de la termodinámica establece: a medida que la temperatura de un sistema se acerca al cero absoluto, todos los procesos cesan y la entropía del sistema se acerca a un valor mínimo.
Esta ley de la termodinámica es una ley estadística de la naturaleza relativa a la entropía y la imposibilidad de alcanzar el cero absoluto de temperatura. Esta ley proporciona un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía. La entropía determinada con respecto a este punto es la entropía absoluta. Las definiciones alternativas incluyen "la entropía de todos los sistemas y de todos los estados de un sistema es más pequeña en el cero absoluto" o, de manera equivalente, "es imposible alcanzar el cero absoluto de temperatura mediante un número finito de procesos".
El cero absoluto, en el que se detendría toda actividad si fuera posible alcanzarlo, es −273,15 °C (grados Celsius), o −459,67 °F (grados Fahrenheit), o 0 K (kelvin), o 0° R (grados Rankine) . ).
Un concepto importante en termodinámica es el sistema termodinámico , que es una región del universo definida con precisión que se está estudiando. Todo lo que hay en el universo excepto el sistema se llama entorno . Un sistema está separado del resto del universo por un límite que puede ser físico o nocional, pero que sirve para confinar el sistema a un volumen finito. Los segmentos del límite a menudo se describen como muros ; tienen respectivas 'permeabilidades' definidas. Las transferencias de energía como trabajo , o como calor , o como materia , entre el sistema y el entorno, se producen a través de las paredes, según sus respectivas permeabilidades.
La materia o la energía que cruza el límite para efectuar un cambio en la energía interna del sistema debe tenerse en cuenta en la ecuación del balance de energía. El volumen contenido por las paredes puede ser la región que rodea a un solo átomo resonando con energía, tal como lo definió Max Planck en 1900; puede ser un cuerpo de vapor o aire en una máquina de vapor , como lo definió Sadi Carnot en 1824. El sistema también podría ser solo un nucleido (es decir, un sistema de quarks ), como se plantea como hipótesis en la termodinámica cuántica . Cuando se adopta un punto de vista más flexible y se abandona el requisito del equilibrio termodinámico, el sistema puede ser el cuerpo de un ciclón tropical , como teorizó Kerry Emanuel en 1986 en el campo de la termodinámica atmosférica , o el horizonte de sucesos de un agujero negro .
Los límites son de cuatro tipos: fijos, móviles, reales e imaginarios. Por ejemplo, en un motor, un límite fijo significa que el pistón está bloqueado en su posición, dentro de la cual podría ocurrir un proceso de volumen constante. Si se permite que el pistón se mueva, ese límite es móvil mientras que los límites del cilindro y la culata son fijos. Para los sistemas cerrados, los límites son reales, mientras que para los sistemas abiertos los límites son a menudo imaginarios. En el caso de un motor a reacción, se podría suponer un límite imaginario fijo en la entrada del motor, límites fijos a lo largo de la superficie de la carcasa y un segundo límite imaginario fijo a lo largo de la tobera de escape.
Generalmente, la termodinámica distingue tres clases de sistemas, definidos en términos de lo que se le permite cruzar sus límites:
A medida que pasa el tiempo en un sistema aislado, las diferencias internas de presiones, densidades y temperaturas tienden a igualarse. Un sistema en el que se han completado todos los procesos de ecualización se dice que está en un estado de equilibrio termodinámico .
Una vez que se encuentra en equilibrio termodinámico, las propiedades de un sistema, por definición, no cambian en el tiempo. Los sistemas en equilibrio son mucho más simples y fáciles de entender que los sistemas que no están en equilibrio. A menudo, cuando se analiza un proceso termodinámico dinámico, se hace la suposición simplificadora de que cada estado intermedio en el proceso está en equilibrio, lo que produce procesos termodinámicos que se desarrollan tan lentamente que permiten que cada paso intermedio sea un estado de equilibrio y se dice que son procesos reversibles. .
Cuando un sistema está en equilibrio bajo un conjunto dado de condiciones, se dice que está en un estado termodinámico definido . El estado del sistema puede describirse mediante una serie de cantidades de estado que no dependen del proceso por el cual el sistema llegó a su estado. Se denominan variables intensivas o variables extensivas según cómo cambian cuando cambia el tamaño del sistema. Las propiedades del sistema se pueden describir mediante una ecuación de estado que especifica la relación entre estas variables. Se puede considerar el estado como la descripción cuantitativa instantánea de un sistema con un número determinado de variables mantenidas constantes.
Un proceso termodinámico puede definirse como la evolución energética de un sistema termodinámico desde un estado inicial a un estado final. Puede describirse por cantidades de proceso . Normalmente, cada proceso termodinámico se distingue de otros procesos de carácter energético según qué parámetros, como temperatura, presión o volumen, etc., se mantienen fijos; Además, es útil agrupar estos procesos en pares, en los que cada variable mantenida constante es un miembro de un par conjugado .
Varios procesos termodinámicos comúnmente estudiados son:
Hay dos tipos de instrumentos termodinámicos , el medidor y el depósito. Un medidor termodinámico es cualquier dispositivo que mide cualquier parámetro de un sistema termodinámico . En algunos casos, el parámetro termodinámico se define en términos de un instrumento de medición idealizado. Por ejemplo, la ley cero establece que si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo, también lo están entre sí. Este principio, como lo señaló James Maxwell en 1872, afirma que es posible medir la temperatura. Un termómetro idealizado es una muestra de un gas ideal a presión constante. Según la ley de los gases ideales pV=nRT , el volumen de dicha muestra se puede utilizar como indicador de temperatura; de esta manera define la temperatura. Aunque la presión se define mecánicamente, también se puede construir un dispositivo de medición de presión, llamado barómetro , a partir de una muestra de un gas ideal mantenido a una temperatura constante. Un calorímetro es un dispositivo que se utiliza para medir y definir la energía interna de un sistema.
Un reservorio termodinámico es un sistema que es tan grande que sus parámetros de estado no se alteran apreciablemente cuando se pone en contacto con el sistema de interés. Cuando el depósito se pone en contacto con el sistema, el sistema entra en equilibrio con el depósito. Por ejemplo, un depósito de presión es un sistema a una presión particular, que impone esa presión al sistema al que está conectado mecánicamente. La atmósfera terrestre se utiliza a menudo como depósito de presión. El océano puede actuar como depósito de temperatura cuando se utiliza para enfriar centrales eléctricas.
El concepto central de la termodinámica es el de energía , la capacidad de realizar trabajo . Por la Primera Ley , se conserva la energía total de un sistema y su entorno. La energía puede transferirse a un sistema mediante calentamiento, compresión o adición de materia, y extraerse de un sistema mediante enfriamiento, expansión o extracción de materia. En mecánica , por ejemplo, la transferencia de energía es igual al producto de la fuerza aplicada a un cuerpo por el desplazamiento resultante.
Las variables conjugadas son pares de conceptos termodinámicos, siendo el primero similar a una "fuerza" aplicada a algún sistema termodinámico , el segundo similar al "desplazamiento" resultante y el producto de los dos igualando la cantidad de energía transferida. Las variables conjugadas comunes son:
Los potenciales termodinámicos son diferentes medidas cuantitativas de la energía almacenada en un sistema. Los potenciales se utilizan para medir los cambios de energía en los sistemas a medida que evolucionan desde un estado inicial a un estado final. El potencial utilizado depende de las limitaciones del sistema, como temperatura o presión constantes. Por ejemplo, las energías de Helmholtz y Gibbs son las energías disponibles en un sistema para realizar un trabajo útil cuando la temperatura y el volumen o la presión y la temperatura son fijos, respectivamente.
Los cinco potenciales más conocidos son:
¿Dónde está la temperatura , la entropía , la presión , el volumen , el potencial químico , el número de partículas en el sistema y el recuento de tipos de partículas en el sistema?
Los potenciales termodinámicos se pueden derivar de la ecuación del balance de energía aplicada a un sistema termodinámico. También se pueden obtener otros potenciales termodinámicos mediante la transformación de Legendre .
La termodinámica axiomática es una disciplina matemática que tiene como objetivo describir la termodinámica en términos de axiomas rigurosos , por ejemplo encontrando una manera matemáticamente rigurosa de expresar las leyes familiares de la termodinámica .
El primer intento de una teoría axiomática de la termodinámica fue la obra de Constantin Carathéodory de 1909 Investigaciones sobre los fundamentos de la termodinámica , que hizo uso de los sistemas pfaffianos y el concepto de accesibilidad adiabática , noción que fue introducida por el propio Carathéodory. [34] [35] En esta formulación, conceptos termodinámicos como calor , entropía y temperatura se derivan de cantidades que se pueden medir más directamente. [36] Las teorías que vinieron después diferían en el sentido de que hacían suposiciones sobre procesos termodinámicos con estados iniciales y finales arbitrarios, en lugar de considerar solo estados vecinos.
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)ediciones: PwR_Sbkwa8IC.Contiene traducciones al inglés de muchas de sus otras obras.
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ){{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)la materia fundamental de la Filosofía Natural es la Dinámica, o
ciencia de la fuerza
.... Todo fenómeno de la naturaleza es una manifestación de fuerza.
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Medios relacionados con la termodinámica en Wikimedia Commons
